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新浪科技综合■硬核解说：宇宙中璀璨的明珠——超新星新浪科技综合2020-08-14 14:47:010阅

新浪科技综合■硬核解说：宇宙中璀璨的明珠——超新星新浪科技综合2020-08-14 14:47:010阅
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图1/6封面图：超新星1987A ， 图片来源：X-ray： NASA/CXC/SAO/PSU/D 。Burrows et al 。来源：赛先生
恒星也有“生老病死” ， 大质量恒星在死亡时会发出璀璨之光——超新星爆发 ， 而中国古代关于超新星的记载也是世界上最完美的 ，
今天超新星又成为天文学家的研究热点之一 。 那么 ， 超新星究竟是什么？科学家们又是如何解读超新星的？
什么是超新星？
超新星并非“超级明星或者新诞生的恒星” ， 而是代表特定类型恒星演化至寿终正寝那一刻产生的剧烈爆发现象 ， 是恒星死亡时刻的一次“壮观表演” 。 这类爆发一般会彻底摧毁恒星 ， 伴随着极高的能量释放（每秒辐射的光度相当于100亿-1000亿颗太阳释放的总能量之和） ， 因此是宇宙中最为耀眼夺目的天文奇观之一 。 超新星爆炸后一段时间内亮度不断增加 ， 距离地球比较近的超新星甚至变得肉眼可见 。
在我国古代 ， 人们将这些天空中突然新出现的星称为“客星” 。 由于在古时候人们对超新星并不了解 ， 因此这些客星不仅包括超新星 ， 还包括了新星甚至是彗星 。 现在我们知道新星爆发的激烈程度要比超新星爆发暗弱1万倍以上 ， 它们在经历了一次爆发后有可能再次爆发 ， 而超新星爆发基本上会彻底摧毁整个星体 。
我国历史上很早就有对超新星爆发的观测和记录 。 例如 ， 公元185年12月7日 ， 我国东汉时期的天文学家在靠近南门二的附近（在圆规座和半人马座之间） ， 观测到超新星SN 185的爆发 ， 这是人类历史上有记录的第一颗超新星 。 《后汉书》对超新星SN 185 有较详细的记载 ， 原文为：“中平二年十月癸亥 ， 客星出南门中 ， 大如半筵 ， 五色喜怒 ， 稍小 ， 至后年六月消” 。 这次超新星在爆发后两年都可见 ， 如今天文学家仍然能在这个位置上找出一个明显的射电源 。
又如 ， SN 1006是我国历史上记录到的比较亮的一颗超新星 ， 这颗超新星发现在宋朝 ， 并被记录在了《宋史·天文志》 。 文中写道：“景德三年四月戊寅 ， 周伯星见 ， 出氐南 ， 骑官西一度 ， 状如半月 ， 有芒角 ， 煌煌然可以鉴物 ， 历库楼东 。 八月 ， 随天轮入浊 。 十一月复见在氐 。 自是 ， 常以十一月辰见东方 ， 八月西南入浊 。 ”景德年间的这次超新星爆发经当时的天文官周克明占卜为吉星 ， 这也是“景星高照”的由来 。 再如 ， 《宋会要》中记载：“至和元年五月 ， 晨出东方 ， 守天关 。 昼如太白 ， 芒角四出 ， 色赤白 ， 凡见二十三日 。 ”这颗超新星是1054年爆发的超新星 ， 后来演化成为著名的蟹状星云 。
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图2/6图1：哈勃望远镜拍摄的蟹状星云 ， 图片来源：NASA ，ESA ，J 。Hester and A 。Loll （Arizona State University）【新浪科技综合■硬核解说：宇宙中璀璨的明珠——超新星新浪科技综合2020-08-14 14:47:010阅】据中国古代典籍记载 ， 自汉代到十七世纪末较为可靠的新星和超新星记录有六七十次之多 ， 其中比较著名的客星有如下几颗：
◆ 185年 ， 南门客星 。
◆ 386年 ， 南斗客星 。
◆ 1006年 ， 骑官客星 。
◆ 1054年 ， 天关客星（蟹状星云M1） 。
◆ 1181年 ， 传舍客星 。
◆ 1572年 ， 阁道客星（第谷超新星 ， 比欧洲的记录还早三天） 。
◆ 1604年 ， 尾分客星（开普勒超新星） 。
中国古代这些客星/超新星天象的详细记录对于今天天文学的研究仍具有重要意义 。
为什么要研究超新星？
超新星与一系列重要的天体物理研究有密切的关系 ， 因而在天文学研究中占有非常重要的地位 。 在超新星爆发过程中 ， 我们可以探测到很多极端的物理过程 ， 如热核燃烧、激波加热、抛射物与星周物质的相互作用、放射性元素衰变等 。 超新星爆发时将恒星内部核聚变产生的重元素抛射出来 ， 并且在爆发瞬间会通过中子俘获的过程形成众多比铁元素更重的元素 ， 对星系和宇宙金属丰度的演化、生命形成都起到了至关重要的作用 。 我们太阳系前身就是超新星爆发的残骸重新凝聚形成的富金属的二代恒星 。
其次 ， 超新星是检验恒星演化理论的有力工具 。 白矮星热核爆发（又称作Ia型超新星 ， 见下一节详细介绍）及大质量恒星引力塌缩爆发是恒星死亡的两种方式 ， 对超新星的观测研究将帮助我们了解双星和大质量恒星演化过程 。
最后 ， 超新星还是天文学家研究宇宙膨胀历史的重要探针 。 上世纪90年代末 ， 天文学家通过观测研究遥远宇宙以及临近宇宙爆发的Ia型超新星光度 ， 首次发现了宇宙正在加速膨胀的惊人结果 ， 并预示着宇宙暗能量的存在 ， 这一发现也获得了2011年诺贝尔物理学奖 。
由大质量恒星核心塌缩产生的超新星爆发中心一般会形成致密天体 ， 比如中子星或者黑洞 ， 并伴随着大量中微子的产生 。 前者是高能天体物理关注研究的主要目标 ， 具有重要的研究价值 ， 而后者是粒子物理学家非常感兴趣的探测研究对象 。 人类首次探测到的宇宙中微子便是由超新星爆发释放出来的 。 超新星爆发的残骸（遗迹）又是银河系内重要的射电源、X射线源以及伽马射线源 ， 所以同样是高能物理研究的重要对象 。 物理学家也同样关心超新星 ， 因为超新星爆炸提供了一个极端条件下进行核融合 ， 以及高能粒子相互作用的实验 ， 而这样的实验条件在地球上是无法实现的 。


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